Calibration of multi-beam echo sounder systems by inverse methods

par Rabine Manel Keyetieu Nlowe

Thèse de doctorat en Géomatique

Sous la direction de Benoît Clément.

Le président du jury était Ali Mansour.

Le jury était composé de Pierre Bosser, Christophe Vrignaud, Nicolas Seube.

Les rapporteurs étaient Michel Kasser, Sylvie Daniel.

  • Titre traduit

    Calibration des sondeurs multifaisceaux par méthodes inverses


  • Résumé

    Les sondeurs multifaisceaux sont des appareils qui permettent d’effectuer des mesures de profondeurs bathymétriques. Le principe consiste à émettre une onde acoustique vers le fond marin, une fois réfléchie, elle est réécoutée par le sondeur. Le temps de trajet aller/retour et la vitesse du son dans les milieux marins sont utilisés pour déterminer les profondeurs marines. Les systèmes de mesure sont généralement constitués d’un système GNSS pour connaitre la position de la plateforme de mesure, d’une centrale inertielle pour déterminer les mouvements d’attitude et d’un sondeur proprement dit. La fusion des données de ces différents appareils permet d’avoir des mesures de sondes géoréférencées dans un repère global. Pour améliorer la qualité du résultat du traitement relatif à la mise en commun des données, communément appelée géoréférencement, les alignements géométriques et une synchronisation temporelle doivent être effectués entre les appareils du système de mesure. Ces opérations sont dénommées calibration. Il existe trois principaux paramètres à déterminer durant ce processus de calibration : la latence entre les horloges des capteurs utilisés (GNSS, centraleinertielle et sondeur), les bras de levier entre le centre acoustique du sondeur et le point de référence de positionnement et le troisième principal paramètre est le désalignement angulaire entre les repères de référence du sondeur et de la centrale inertielle. Cette thèse propose de nouvelles méthodes qui permettent d’estimer ces paramètres. À la différence des méthodes de calibration existantes dites traditionnelles, les méthodes proposées sont automatiques, rigoureuses et ne sont pas subjectives.


  • Résumé

    Multi-beam echo sounders are devices which are used to compute the bathymetric depth. The principle consists in sending to the seabed an acoustic signal, then this signal is reflected and received by the sounder which records the two-way travel time. This two-way travel time combined with the speed of sound are used to derive the depth. Measurement systems are generally constituted of a GNSS which gives the survey platform position, an Inertial measurement unit which gives the orientation and a sounder itself. The data merge of these different sensors enables to have the georeferenced soundings in a global frame. For improving the quality of process pertaining to the merging of data, what is commonly termed georeferencing, geometrical alignment and a temporal synchronization have to be performed between devices of the measurement system. These operations are referred to as calibration. There exist three main parameters to determineduring this process of calibration: the latency between the reference time-tag clocks of each used sensor (GNSS, inertial measurement unit, sounder), the lever arms between the sounder acoustic center and the positioning reference point of the survey platform, and the third principal parameter is the angular misalignment between the sounder and the inertial unit reference frames. This thesis proposes new methods for the estimation of these parameters. In contrast toexisting methods of calibration, referred to as traditional, the proposed methods are automatic, rigorous and do not depend on the user.



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